基于VOSviewer文獻(xiàn)計(jì)量的互花米草研究進(jìn)展分析

梁嘉慧戴子熠左平欽佩

(1.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院 南京 210023;2.南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210023;3.南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 南京 210023)

0 引言

濱海鹽沼濕地是指分布在海岸或河口附近、受周期性潮水或咸淡水淹沒的有草本植被覆蓋的淤泥質(zhì)灘涂[1]。其位于海洋與陸地相互作用的過渡地帶,具有動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性,同時(shí)也是典型的生態(tài)敏感帶和環(huán)境脆弱帶[2-3]。濱海鹽沼具有減緩海岸侵蝕、為生物提供棲息地與食物來源、調(diào)節(jié)氣候等多種生態(tài)服務(wù)功能[4-5],對(duì)保護(hù)濱海鹽沼濕地生物多樣性和開展鹽沼濕地生態(tài)修復(fù)具有重要的理論與實(shí)踐意義。

互花米草是禾本科米草屬多年生草本植物,耐鹽耐淹,適宜在海灘高潮帶下部至中潮帶上部廣闊灘面上生長(zhǎng)[6]。互花米草具有很高的初級(jí)生產(chǎn)力、環(huán)境適應(yīng)性和抗風(fēng)消浪能力,因此成為保灘護(hù)岸和促淤造陸的先鋒種。20世紀(jì)中后期,部分國(guó)家或地區(qū)出于促淤造陸、防風(fēng)抗浪、保灘護(hù)岸、改良土壤、綠化海灘和凈化污染物等方面的考慮引種互花米草[7-12]。但同時(shí)互花米草因?yàn)樽陨淼纳硖匦?如極強(qiáng)的繁殖能力等,能夠以極快的速度蔓延并侵占本地種的生態(tài)位、改變生物多樣性、影響水產(chǎn)養(yǎng)殖、淤塞港航通道等[9-11],被視為鹽沼濕地最具威脅的外來物種之一。2003年互花米草被我國(guó)列為入侵物種之一。

經(jīng)過數(shù)十年的爭(zhēng)論與研究,學(xué)界對(duì)互花米草的認(rèn)知和定位更加理性客觀和全面系統(tǒng)。眾多專家學(xué)者從不同角度對(duì)鹽沼濕地互花米草的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述總結(jié)。解雪峰等[13]總結(jié)互花米草入侵對(duì)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)(碳、氮、磷循環(huán)及土壤重金屬遷移)和入侵地生物群落(微生物、植物和動(dòng)物)的影響;欒兆擎等[14]梳理互花米草對(duì)水文環(huán)境變化的生理生態(tài)和空間格局響應(yīng)等方面的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展;謝寶華等[15]歸納低值化利用(肥料化、原料化、飼料化、燃料化及基料化)與高值化利用(藥用價(jià)值和耐鹽基因)的互花米草資源化利用方式;欽佩[7]闡述互花米草提取物與人體健康的關(guān)聯(lián),并從互花米草中提取有益物質(zhì)應(yīng)用于慢性病防治;謝寶華等[16]從物理防治、化學(xué)防治、生物防治、生物替代防治、綜合防治和防控策略6個(gè)方面綜述互花米草防治的最新研究進(jìn)展并分析相關(guān)技術(shù)方法的不足;李富榮等[17]總結(jié)互花米草對(duì)重金屬的富集特性及其影響因素。已有文獻(xiàn)大多以綜述的方式總結(jié)互花米草相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展,鮮見文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法與可視化知識(shí)圖譜的定量化研究。

為全面和深入了解鹽沼濕地互花米草的研究歷程、熱點(diǎn)議題和發(fā)展趨勢(shì),本研究通過梳理Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫收錄的相關(guān)期刊論文,基于VOSviewer軟件的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)處理功能,分析該領(lǐng)域的發(fā)文量與被引頻次、主要涉及學(xué)科與期刊、研究力量、國(guó)際合作情況和研究熱點(diǎn),總結(jié)1972—2020年國(guó)內(nèi)外對(duì)互花米草的研究進(jìn)展,以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究方向與熱點(diǎn)問題等提供一定的參考。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中的文獻(xiàn)為數(shù)據(jù)來源,分析鹽沼濕地外來物種——互花米草的研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。基于該數(shù)據(jù)庫,以TS=(Spartina alterniflora*or biological invasion*or ecosystem engineer*or alien species*)和TS=(salt marsh*)為檢索式,以Article為文獻(xiàn)類型,以1900—2020年為檢索時(shí)間進(jìn)行高級(jí)檢索,共得到2 299篇英文文獻(xiàn)(自1972年起有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)記錄,檢索時(shí)間截至2021年9月29日),將其全記錄以文本格式導(dǎo)出,作為本研究的研究數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)搜集到的2 299篇文獻(xiàn),在Excel軟件中整理并計(jì)算不同年份國(guó)內(nèi)外發(fā)表的論文總篇數(shù)與被引頻次,分析鹽沼濕地互花米草研究的發(fā)展態(tài)勢(shì)。根據(jù)Web of Science自帶的分類體系,統(tǒng)計(jì)主要發(fā)文期刊、學(xué)科、開展研究的國(guó)家及機(jī)構(gòu)。運(yùn)用VOSviewer軟件深入挖掘文獻(xiàn)信息,對(duì)國(guó)際合作頻次和主要關(guān)鍵詞等進(jìn)行共現(xiàn)分析。

2 文獻(xiàn)計(jì)量分析

2.1 發(fā)文量與被引頻次

發(fā)文量與被引頻次在一定程度上可以體現(xiàn)某領(lǐng)域研究的發(fā)展速度和變化趨勢(shì)。1972—2020年鹽沼濕地互花米草研究的發(fā)文量與被引頻次整體呈上升趨勢(shì):發(fā)文量由1972年的1篇增加到2020年的161篇,共發(fā)文2 299篇,年均發(fā)文47篇;被引頻次由1973年的1次增加到2020年的8 578次,總被引80 546次,年均被引1 644次。

從年份來看,1972年起陸續(xù)有相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表,1990年前發(fā)文量增長(zhǎng)緩慢,此后小幅波動(dòng)上升,2004年開始激增至今,在35%的時(shí)間內(nèi)發(fā)表71%的論文。根據(jù)發(fā)文量與被引頻次的時(shí)間變化特點(diǎn)及趨勢(shì),鹽沼濕地互花米草研究可劃分為3個(gè)階段(圖1)。

圖1 1972—2020年鹽沼濕地互花米草研究的發(fā)文量與被引頻次

階段Ⅰ(初步萌芽),1972—1990年。發(fā)文量為0～10篇,年均發(fā)文3篇;被引頻次為0～110次,年均被引50次;發(fā)文量與被引頻次呈極緩慢增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

階段Ⅱ(孕育發(fā)展),1991—2004年。發(fā)文量由45篇增加到54篇,年均發(fā)文46篇;被引頻次由118次增加到1 424次,年均被引680次;發(fā)文量與被引頻次明顯增加,時(shí)有波動(dòng),整體呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)。這可能是由于20世紀(jì)90年代生態(tài)學(xué)界逐漸興起生物多樣性保護(hù)和入侵生物學(xué)研究,而互花米草作為影響較大的外來物種開始備受關(guān)注[7]。

階段Ⅲ(快速發(fā)展),2005—2020年。發(fā)文量由66篇增加到161篇,年均發(fā)文99篇;被引頻次由1 677次增加到8 578次,年均被引4 379次;相關(guān)研究暴發(fā)式增長(zhǎng),發(fā)展速度較快。2000年世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)公布全球最具威脅的100種外來入侵物種,互花米草被列入;2003年我國(guó)公布首批外來入侵物種名單,互花米草作為唯一的鹽沼植物名列其中[15],在一定程度上提升學(xué)界對(duì)互花米草的關(guān)注與研究熱度。

2.2 學(xué)科與發(fā)文期刊

根據(jù)Web of Science的學(xué)科分類統(tǒng)計(jì),1972—2020年共有46個(gè)學(xué)科領(lǐng)域涉及互花米草研究(表1)。發(fā)文量超過80篇的有10個(gè)學(xué)科,以生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、海洋與淡水生物學(xué)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),發(fā)文量分別占總發(fā)文量的38.4%、37.5%和35.8%。

表1 發(fā)文量超過80篇的學(xué)科

出版鹽沼濕地互花米草研究的期刊共342個(gè),發(fā)文量排名前5名的期刊如表2所示。

表2 發(fā)文量排名前5名的期刊

《Estuaries and Coasts》創(chuàng)辦于1977年,涉及河口和近岸水域物理、化學(xué)、地質(zhì)及生物系統(tǒng)等研究;《Marine Ecology Progress Series》于1979年在德國(guó)創(chuàng)辦,是國(guó)際領(lǐng)先的海洋生態(tài)學(xué)綜合期刊;《Estuarine Coastal and Shelf Science》于1981年在英國(guó)創(chuàng)辦,是國(guó)際化多學(xué)科期刊,致力于河口海岸與陸架區(qū)域的海洋科學(xué)研究。這些期刊均為學(xué)界專業(yè)刊物,具有極高的認(rèn)可度和影響力。

2.3 主要發(fā)文國(guó)家與國(guó)際合作

發(fā)表互花米草相關(guān)文章的國(guó)家有51個(gè),包括美國(guó)、中國(guó)、荷蘭、阿根廷、加拿大、英國(guó)和澳大利亞等。通過對(duì)發(fā)文國(guó)家與機(jī)構(gòu)的綜合分析,可以發(fā)現(xiàn)發(fā)達(dá)國(guó)家在互花米草領(lǐng)域的研究實(shí)力明顯強(qiáng)于發(fā)展中國(guó)家,且研究集中于美洲、亞洲、歐洲與大洋洲的沿海地區(qū)。其中,美國(guó)的發(fā)文量居世界第一,共1 444篇,占比62.8%,處于主導(dǎo)地位,主要研究力量包括路易斯安那州立大學(xué)、佐治亞大學(xué)、南卡羅來納大學(xué)哥倫比亞分校和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所;中國(guó)其次,占比19.2%,主要研究力量包括中國(guó)科學(xué)院、南京大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)。

根據(jù)文獻(xiàn)全記錄數(shù)據(jù),利用VOSviewer軟件繪制國(guó)際合作網(wǎng)絡(luò)圖(圖2)。其中,相關(guān)國(guó)家所在的圓圈越大,表示發(fā)文量越多;連接線越粗,表示國(guó)際合作頻次越高。由圖2可以看出,互花米草研究的國(guó)際合作集中在主要發(fā)文國(guó)家之間。擁有眾多研究機(jī)構(gòu)以及科研實(shí)力強(qiáng)大的美國(guó)與38個(gè)國(guó)家達(dá)成合作,國(guó)際合作頻次314次,位居世界第一,在該領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出。中國(guó)緊隨其后,與29個(gè)國(guó)家達(dá)成合作,國(guó)際合作頻次203次,與美國(guó)有所差距但領(lǐng)先于眾多發(fā)達(dá)國(guó)家。再次是英國(guó)、葡萄牙和荷蘭,分別與22個(gè)、19個(gè)和19個(gè)國(guó)家達(dá)成合作。值得一提的是,南非以18個(gè)合作國(guó)家位列第八名,成為唯一躋身前20名的非洲國(guó)家;南非在該領(lǐng)域雖發(fā)文量較少,但與其他國(guó)家合作較多,通過國(guó)際合作謀求共同發(fā)展,提升在互花米草領(lǐng)域的研究實(shí)力。

圖2 互花米草研究的國(guó)際合作網(wǎng)絡(luò)

2.4 關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞是對(duì)論文研究?jī)?nèi)容的凝練與高度概括,出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞在一定程度上能夠體現(xiàn)該研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[18]。對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行同義合并與修改后,利用VOSviewer軟件篩選出現(xiàn)頻次大于20次的關(guān)鍵詞共286個(gè),設(shè)置每類至少包括30個(gè)關(guān)鍵詞,進(jìn)行互花米草相關(guān)論文關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析,可知1972—2020年出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞依次為互花米草、鹽沼、生長(zhǎng)、動(dòng)力、植被、沉積物、濕地、河口、鹽度、生態(tài)系統(tǒng)、蘆葦和修復(fù)等。根據(jù)聚類結(jié)果,該領(lǐng)域的研究主題包括4個(gè)主要方向。

(1)互花米草對(duì)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響,代表關(guān)鍵詞包括蘆葦、海草、棲息地、穩(wěn)定同位素、河口、食物網(wǎng)、豐度、擴(kuò)張、底棲微藻、魚類和甲殼類動(dòng)物。涉及互花米草入侵對(duì)潮灘生境與當(dāng)?shù)厣锶郝涞挠绊?包括對(duì)潮灘水動(dòng)力和沉積過程的影響[19],原生植物(蘆葦?shù)?分布與景觀格局變化[20],動(dòng)物(大型底棲動(dòng)物、魚類和鳥類等)食物網(wǎng)與營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[21-23],微生物多樣性、豐度及功能群落組成的變化特征[24-25],以及穩(wěn)定同位素技術(shù)在生態(tài)系統(tǒng)食物鏈及食物網(wǎng)中的貢獻(xiàn)等[26-27]。

(2)互花米草在鹽沼中的生物地球化學(xué)循環(huán)過程,代表關(guān)鍵詞包括動(dòng)態(tài)、氮、碳、磷、有機(jī)質(zhì)、土壤、生物量、分解、堆積、富營(yíng)養(yǎng)化、養(yǎng)分和重金屬。聚焦互花米草對(duì)鹽沼碳[28]、氮[29-30]、磷和硫[31]等元素生物地球化學(xué)循環(huán)的影響,枯落物分解[32-33]以及重金屬富集[34]等。

(3)氣候變化對(duì)互花米草生理生態(tài)的影響,代表關(guān)鍵詞包括生長(zhǎng)、植被、濕地、鹽度、恢復(fù)、氣候變化、響應(yīng)、海平面上升、生產(chǎn)力、光合作用和頂梢枯死。主要關(guān)注互花米草在應(yīng)對(duì)全球氣候變暖與海平面上升過程中在生理生態(tài)上的適應(yīng)與響應(yīng)[35]。該部分研究?jī)?nèi)容較多,涉及互花米草的生理特性[36-38],互花米草地理變異及擴(kuò)張速率的影響因素[39],互花米草生長(zhǎng)策略對(duì)人工地形改變的適應(yīng)[40],以及季節(jié)性變化對(duì)互花米草光合作用的影響機(jī)制等[41]。

(4)互花米草所在生態(tài)系統(tǒng)的種群間相互作用,代表關(guān)鍵詞包括群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性、競(jìng)爭(zhēng)、入侵、植物分帶性、擾動(dòng)、演替、雜交和繁殖。研究主題包括種群演替及生態(tài)效應(yīng)[42-44]、種間相互作用[45-47]以及生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[19,48]等。

2.5 研究重點(diǎn)

根據(jù)上述研究熱點(diǎn)的發(fā)展階段,分時(shí)段對(duì)鹽沼濕地互花米草相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析,進(jìn)而歸納和總結(jié)各發(fā)展階段的研究重點(diǎn)。

(1)1972—1990年共現(xiàn)統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵詞主要包括碳、碎屑、枯落物分解、動(dòng)力和氮,出現(xiàn)頻次多為1次。該階段成果主要由美國(guó)發(fā)表,對(duì)互花米草及其枯落物在鹽沼濕地中生長(zhǎng)與分解的動(dòng)態(tài)過程和影響因素進(jìn)行初步研究[49-53]。

(2)1991—2004年高頻關(guān)鍵詞大大增加,開始出現(xiàn)恢復(fù)、海平面上升、外來入侵物種、鹽度、種群、分帶性、捕食、豐度和穩(wěn)定同位素等關(guān)鍵詞。該階段研究聚焦于互花米草對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響及其生物地球化學(xué)循環(huán)過程。隨著發(fā)文量的增加,研究區(qū)域也擴(kuò)展到河口與海岸海灣地區(qū),美國(guó)沿海地區(qū)開展大量相關(guān)研究。中國(guó)在此階段共發(fā)表13篇英文文獻(xiàn),主題包括江蘇鹽沼互花米草的形成[54]、互花米草在灘涂圍墾中的作用[55]以及互花米草與本地植物的競(jìng)爭(zhēng)作用及生態(tài)影響[56]等。

(3)2005—2020年高頻關(guān)鍵詞包括植被、生長(zhǎng)、動(dòng)力、濕地、氮、鹽度、蘆葦、海平面上升、沉積物、氣候變化、恢復(fù)、生態(tài)系統(tǒng)、種群、長(zhǎng)江口和競(jìng)爭(zhēng)等。該階段研究?jī)?nèi)容劇增且交叉融合顯著,互花米草對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響與生物地球化學(xué)循環(huán)過程等仍是熱點(diǎn)主題;同時(shí),學(xué)者更多地將互花米草與和其同為本地種和外來種的蘆葦[57]進(jìn)行對(duì)比研究,涉及群落演替和生態(tài)修復(fù)[58-60]、生物地球化學(xué)循環(huán)[61-62]等方面。此外,海平面上升與氣候變化的出現(xiàn)頻次急劇升高,在全球氣候變化背景下,互花米草對(duì)溫室氣體排放及碳儲(chǔ)量的影響得到的關(guān)注日益增多。中國(guó)有關(guān)互花米草的研究在此期間發(fā)展迅速,共發(fā)文442篇,占總發(fā)文量的27.83%,其中長(zhǎng)江口[63-64]為熱點(diǎn)研究區(qū)域。

2.6 研究趨勢(shì)

總體來看,近年來互花米草研究的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)為3個(gè)方面。

(1)逐漸關(guān)注互花米草在生理生態(tài)、生物地球化學(xué)循環(huán)和種群結(jié)構(gòu)等方面對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)與耦合。自20世紀(jì)90年代起,海平面上升、種群、分帶性和豐度等關(guān)鍵詞開始出現(xiàn)。在286個(gè)關(guān)鍵詞中,海平面上升(出現(xiàn)頻次為169次)和氣候變化(出現(xiàn)頻次為131次)分別排在第十位和第二十一位。在全球氣候變化的背景下,溫室氣體排放增加、海平面上升、海洋酸化、氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)以及生物多樣性受損,互花米草的生理特性和擴(kuò)張機(jī)制等在響應(yīng)過程中的變化又將深刻影響鹽沼濕地生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境。

(2)逐漸關(guān)注濱海鹽沼濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與修復(fù)。隨著人類沿海開發(fā)圍墾、自然資源掠奪性利用和環(huán)境污染等因素的加劇,濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球約已有50%的鹽沼、35%的紅樹林和29%的海草喪失或退化[65]。因此,評(píng)估人類活動(dòng)及互花米草入侵造成的影響、恢復(fù)鹽沼濕地的生態(tài)服務(wù)功能以及維護(hù)入侵地的生態(tài)平衡成為重要議題。

(3)逐漸關(guān)注互花米草的固碳效應(yīng)與溫室氣體的排放通量?；セ撞菥哂休^長(zhǎng)的生長(zhǎng)季、較大的葉面積指數(shù)、較高的凈光合作用速率和較大的生物量,故其固碳作用非常明顯[9]。有研究認(rèn)為,互花米草入侵增加甲烷溫室氣體的排放,在一定程度上影響區(qū)域氣候變化[66],亟須進(jìn)一步科學(xué)評(píng)估互花米草在碳循環(huán)過程中對(duì)碳源和碳匯的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語

本研究利用VOSviewer軟件對(duì)1972—2020年鹽沼濕地互花米草領(lǐng)域的英文文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析,主要得出4點(diǎn)結(jié)論。①自1972年以來,互花米草受到的關(guān)注日益增加,發(fā)文量與被引頻次都呈大幅上升趨勢(shì);②生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及海洋與淡水生物學(xué)等是主要的學(xué)科領(lǐng)域,《Estuaries and Coasts》等是該領(lǐng)域的主要發(fā)文期刊;③美洲、亞洲、歐洲與大洋洲發(fā)表相關(guān)論文的國(guó)家和機(jī)構(gòu)較多,美國(guó)的發(fā)文量和國(guó)際合作頻次皆居世界首位,中國(guó)位居第二;④主要研究方向集中于互花米草對(duì)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響、互花米草的生物地球化學(xué)循環(huán)過程、環(huán)境因子與互花米草的生理生態(tài)以及互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的種群間相互作用。

已有的眾多研究表明,互花米草的入侵顯著增加鹽沼濕地的有機(jī)質(zhì)含量與固碳能力[13,67-69]。布乃順等[67]在長(zhǎng)江口崇明東灘濕地的研究中得出,高潮灘互花米草群落植物的碳儲(chǔ)量為(3.35±0.08)(kg·C)/m2,0～100 cm深度土壤的總碳儲(chǔ)量和有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為(18.05±0.15)(kg·C)/m2和(5.52±0.18)(kg·C)/m2,顯著高于本地種群落。作為目前我國(guó)濱海鹽沼濕地的典型植物,互花米草的碳儲(chǔ)量和碳匯能力對(duì)于藍(lán)碳緩解全球變暖具有重要意義[69]。結(jié)合我國(guó)已有研究的探索實(shí)踐以及生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略,未來我國(guó)互花米草領(lǐng)域的研究重點(diǎn)應(yīng)主要集中于3個(gè)方面。①互花米草的固碳效應(yīng)和溫室氣體的排放通量;②開展應(yīng)對(duì)氣候變化的長(zhǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè),厘清濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)互花米草不同入侵階段的響應(yīng)差異;③推進(jìn)米草產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化,探索治理與利用相結(jié)合的生態(tài)管控方法與技術(shù)。